Quantitative evaluation of gas entrainment by numerical simulation with accurate physics model

正確な物理モデルを用いた数値解析によるガス巻込み量の定量評価

伊藤 啓; 小泉 安郎*; 大島 宏之; 河村 拓己*

Ito, Kei; Koizumi, Yasuo*; Ohshima, Hiroyuki; Kawamura, Takumi*

ナトリウム冷却大型炉の設計研究において、原子炉容器のコンパクト化に伴う熱流動課題の評価が重要である。ガス巻込み現象もその1つであり、自由液面渦によって誘起されるガス巻込みの発生条件については多くの研究が実施されている。しかし、ガス巻込み現象が高速炉に与える影響を明らかにするためには、ガス巻込み発生のみでなくガス巻込み量の評価を行うことが重要であり、本研究では、くぼみ渦実験を対象とした数値解析を行うことでガス巻込み量の評価を実施した。その結果、数値解析結果はガス巻込み量を過大評価したが、液相流量とガス巻込み量の関係を定性的に再現することには成功しており、数値解析によってガス巻込み量を評価できる見通しを得た。

In the design study on a large-scale sodium-cooled fast reactor, the reactor vessel is compactified. However, such a reactor vessel induces higher coolant flows in the vessel and causes several thermal-hydraulics issues, e.g. gas entrainment (GE) phenomenon. To clarify the negative influences of the GE on the JSFR, not only the onset condition of the GE but also the entrained gas (bubble) flow rate has to be evaluated. In this study, the authors performs numerical simulations to investigate the entrained gas amount in a hollow vortex experiment. To simulate interfacial deformations accurately, a high-precision numerical simulation algorithm for gas-liquid two-phase flows is employed. As a result, the numerical simulation gives somewhat larger entrained gas flow rate than the experiment. However, both the numerical simulation and experiment show the entrained gas flow rates which are proportional to the outlet water velocity.